(57)【要約】【課題】  部分放電による異常を初期の段階で正確に把握することが可能であり、大がかりな設備が不要で、機器を停止させることなく、現場で部分放電による異常を検出出来る部分放電の損傷量検出装置の提供。【解決手段】  電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出するセンサ１を備え、センサ１が検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出装置。センサ１が検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別する手段３と、弁別する手段３が弁別した周波数帯域成分の最大振幅を検出する検出手段４と、予め求めた最大振幅と部分放電による損傷部分の損傷深さとの関係、及び検出手段４が検出した最大振幅に基づき、部分放電による損傷部分の損傷深さを検出する手段５とを備えている。【選択図】        図１
2005326379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出し、検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出方法であって、
検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別し、弁別した周波数帯域成分の最大振幅を検出し、予め求めた最大振幅と部分放電による損傷部分の損傷深さとの関係、及び検出した最大振幅に基づき、部分放電による損傷部分の損傷深さを検出することを特徴とする部分放電の損傷量検出方法。
【請求項２】
電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出し、検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出方法であって、
検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別し、弁別した周波数帯域成分の所定時間分の積分値を算出し、予め求めた積分値と部分放電による損傷部分の損傷体積との関係、及び算出した積分値に基づき、部分放電による損傷部分の損傷体積を検出することを特徴とする部分放電の損傷量検出方法。
【請求項３】
電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出するセンサを備え、該センサが検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出装置であって、
前記センサが検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別する手段と、該手段が弁別した周波数帯域成分の最大振幅を検出する検出手段と、予め求めた最大振幅と部分放電による損傷部分の損傷深さとの関係、及び前記検出手段が検出した最大振幅に基づき、部分放電による損傷部分の損傷深さを検出する手段とを備えることを特徴とする部分放電の損傷量検出装置。
【請求項４】
電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出するセンサを備え、該センサが検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出装置であって、
前記センサが検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別する手段と、該手段が弁別した周波数帯域成分の所定時間分の積分値を算出する算出手段と、予め求めた積分値と部分放電による損傷部分の損傷体積との関係、及び前記算出手段が算出した積分値に基づき、部分放電による損傷部分の損傷体積を検出する手段とを備えることを特徴とする部分放電の損傷量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器、コンデンサ及び発電機等の電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出し、検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出方法及び部分放電の損傷量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
受変電設備、特に変圧器は、生産設備へのエネルギーの供給源であるので、事故及び故障の発生は、生産の停止及び遅延に直接関係する。変圧器が劣化する要因は、大きく分けて、電気的要因、熱的要因、環境要因、機械的要因、科学的要因及びその他に分けることが出来る。これらの要因の中で、特に故障の原因となっているのは、熱的要因及び機械的要因であり、熱的要因及び機械的要因による絶縁物の物性変化により、絶縁能力が低下して、部分放電が発生し、変圧器の寿命を大きく低下させる。
部分放電は、局部の電界強度が誘電体の絶縁強度を超えたときに発生して、局部的な電離及び破壊をもたらし、強度にもよるが、光、熱、音（弾性波）、ラジオ妨害電波の放出を伴う。
【０００３】
従来、変圧器の健全性診断は、主に絶縁油の油中ガスを分析する方法、及びコロナ放電量を超音波で測定する方法が行われている。
特許文献１には、電気絶縁コイルから発生する部分放電によって生じるアコースティック・エミッション（ＡＥ）波を検出し、検出し増幅したＡＥ信号の実効値電圧と最大振幅値とを同時に計測する電気絶縁コイルの絶縁特性測定方法が開示されている。
【特許文献１】特開平７−２１８４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の変圧器の健全性診断方法では、変圧器の部分放電による異常を初期の段階で正確に把握することは難しく、更に油分析には大がかりな分析設備が必要であり、現場で部分放電による異常を検出出来ないという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、部分放電による異常を初期の段階で正確に把握することが可能であり、大がかりな設備が不要で、機器を停止させることなく、現場で部分放電による異常を検出出来る部分放電の損傷量検出方法を提供することを目的とする。
第３，４発明では、部分放電による異常を初期の段階で正確に把握することが可能であり、大がかりな設備が不要で、機器を停止させることなく、現場で部分放電による異常を検出出来る部分放電の損傷量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発明者は、図５（ａ）の説明図に示すような試験装置を用いて、高電圧発生器２０により、炭素鋼Ｓ４５Ｃの試験片２２に正電圧を、プローブ２３に負電圧をそれぞれ印加して、部分放電を発生させた。試験片２２には圧電素子であるセンサ２４を取り付けて、部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出し、オシロスコープを有する表示記録装置２５に表示させ記録した。また、試験片２２及び高電圧発生器２０間に接続した電流計２１で検出した電流により、放電電荷量を検出し、表示記録装置２５に記録した。
【０００６】
試験条件を様々に変えて部分放電を発生させた結果、試験片２２には、図５（ｂ）の説明図に示すような断面を有し、試験条件により異なる深さＬ及び最大直径Ｗの、部分放電による様々な損傷部分が形成された。
センサ２４が検出し増幅した弾性波信号は、図６の波形図に示すように、立上り付近で最大振幅になり、一定時間継続した。一定時間継続した弾性波信号の面積は、アコースティック・エミッションによる弾性波のエネルギーの大きさを表す。また、一定時間継続した弾性波信号の周波数成分は、図７の特性図に示すように、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲に収まることが判明した。
【０００７】
以上の結果、放電電荷量（ピコ・クーロン）とアコースティック・エミッションによる弾性波のエネルギーの大きさ（ｄＢ表示）とは、図８の特性図に示すような関係を示すことが判った。
また、アコースティック・エミッションによる弾性波の最大振幅（ｄＢ表示）と損傷部分の損傷深さとは、図９（ａ）の特性図に示すような関係を示すことが判った。
また、アコースティック・エミッションによる弾性波のエネルギーの大きさ（ｄＢ表示）と損傷部分の損傷体積（立方ミリメートル）とは、図９（ｂ）の特性図に示すような関係を示すことが判った。
【０００８】
第１発明に係る部分放電の損傷量検出方法は、電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出し、検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出方法であって、検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別し、弁別した周波数帯域成分の最大振幅を検出し、予め求めた最大振幅と部分放電による損傷部分の損傷深さとの関係、及び検出した最大振幅に基づき、部分放電による損傷部分の損傷深さを検出することを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る部分放電の損傷量検出方法は、電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出し、検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出方法であって、検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別し、弁別した周波数帯域成分の所定時間分の積分値を算出し、予め求めた積分値と部分放電による損傷部分の損傷体積との関係、及び算出した積分値に基づき、部分放電による損傷部分の損傷体積を検出することを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る部分放電の損傷量検出装置は、電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出するセンサを備え、該センサが検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出装置であって、前記センサが検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別する手段と、該手段が弁別した周波数帯域成分の最大振幅を検出する検出手段と、予め求めた最大振幅と部分放電による損傷部分の損傷深さとの関係、及び前記検出手段が検出した最大振幅に基づき、部分放電による損傷部分の損傷深さを検出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第１発明に係る部分放電の損傷量検出方法及び第３発明に係る部分放電の損傷量検出装置では、センサが、電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出し、センサが検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する。弁別する手段が、センサが検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別し、検出手段が、その弁別した周波数帯域成分の最大振幅を検出する。検出する手段は、予め求めた最大振幅と部分放電による損傷部分の損傷深さとの関係、及び検出手段が検出した最大振幅に基づき、部分放電による損傷部分の損傷深さを検出する。
【００１２】
第４発明に係る部分放電の損傷量検出装置は、電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出するセンサを備え、該センサが検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する部分放電の損傷量検出装置であって、前記センサが検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別する手段と、該手段が弁別した周波数帯域成分の所定時間分の積分値を算出する算出手段と、予め求めた積分値と部分放電による損傷部分の損傷体積との関係、及び前記算出手段が算出した積分値に基づき、部分放電による損傷部分の損傷体積を検出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第２発明に係る部分放電の損傷量検出方法及び第４発明に係る部分放電の損傷量検出装置では、センサが、電気機器内の部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波を検出し、センサが検出した弾性波に基づき、部分放電による損傷量を検出する。弁別する手段が、センサが検出した弾性波の所定の周波数帯域成分を弁別し、算出手段が、その弁別した周波数帯域成分の所定時間分の積分値を算出する。検出する手段は、予め求めた積分値と部分放電による損傷部分の損傷体積との関係、及び算出手段が算出した積分値に基づき、部分放電による損傷部分の損傷体積を検出する。
【発明の効果】
【００１４】
第１，２発明に係る部分放電の損傷量検出方法によれば、部分放電による異常を初期の段階で正確に把握することが可能であり、大がかりな設備が不要で、機器を停止させることなく、現場で部分放電による異常を検出出来る部分放電の損傷量検出方法を実現することが出来る。
【００１５】
第３，４発明に係る部分放電の損傷量検出装置によれば、部分放電による異常を初期の段階で正確に把握することが可能であり、大がかりな設備が不要で、機器を停止させることなく、現場で部分放電による異常を検出出来る部分放電の損傷量検出装置を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る部分放電の損傷量検出方法及び部分放電の損傷量検出装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。この部分放電の損傷量検出装置は、圧電素子であるＡＥセンサ１、ＡＥセンサ１が検出した弾性波信号を増幅するプリアンプ２、増幅された弾性波信号の所定の周波数帯域を弁別するバンドパスフィルタ３、及び弁別された周波数帯域の弾性波信号の最大振幅を検出する最大振幅検出部４が、この順序で接続されている。
【００１７】
検出された最大振幅は、損傷量検出部５に与えられる。損傷量検出部５は、検出対象である変圧器と同様の変圧器において予め求めてある、図９（ａ）に示すような、弾性波の最大振幅と損傷部分の損傷深さとの関係を示すテーブル９を内蔵しており、与えられた最大振幅によりテーブル９を参照して、部分放電による損傷部分の損傷深さを検出する。尚、テーブル９は、試験条件が同じであれば、大差はないので、図５に示すような部分放電試験で求めても良い。
検出した損傷深さは、表示部６で表示され、記録部８に記録される。
【００１８】
以下に。このような構成の部分放電の損傷量検出装置の動作を説明する。
ＡＥセンサ１は、検出対象である変圧器等の外面に取り付けられ、部分放電に起因するアコースティック・エミッション（ＡＥ）により発生した弾性波を検出する。ＡＥセンサ１が検出した弾性波信号は、プリアンプ２で増幅された後、バンドパスフィルタ３で２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数成分が弁別される。
バンドパスフィルタ３で弁別された周波数成分の弾性波信号は、最大振幅検出部４でその最大振幅が検出され、検出された最大振幅は、損傷量検出部５に与えられる。
【００１９】
損傷量検出部５は、与えられた最大振幅によりテーブル９を参照して、テーブル９が示す弾性波の最大振幅と損傷部分の損傷深さとの関係から、部分放電による損傷部分の損傷深さを検出する。
記録部８は、損傷量検出部５が検出した損傷深さを記録しておく。ユーザは、点検時に、それ迄に記録部８が記録している損傷深さを表示部８に表示させ、部分放電による損傷量を評価する際のデータとして使用出来る。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は、本発明に係る部分放電の損傷量検出方法及び部分放電の損傷量検出装置の実施の形態２の要部構成を示すブロック図である。この部分放電の損傷量検出装置は、ＡＥセンサ１、プリアンプ２、バンドパスフィルタ３、及びエネルギー算出部７がこの順序で接続されている。エネルギー算出部７は、バンドパスフィルタ３が弁別した周波数帯域の弾性波信号を、立上りから減衰して略消滅する迄の所定時間積分して、アコースティック・エミッションによる弾性波のエネルギー値を算出する。
【００２１】
算出された弾性波のエネルギー値（積分値）は、損傷量検出部５ａに与えられる。損傷量検出部５ａは、検出対象である変圧器と同様の変圧器において予め求めてある、図９（ｂ）に示すような、弾性波のエネルギーの大きさと損傷部分の損傷体積との関係を示すテーブル９ａを内蔵しており、与えられた弾性波のエネルギー値（積分値）によりテーブル９ａを参照して、部分放電による損傷部分の損傷体積を検出する。尚、テーブル９ａは、試験条件が同じであれば、大差はないので、図５に示すような部分放電試験で求めても良い。
検出した損傷体積さは、表示部６で表示され、記録部８に記録される。その他の構成は、実施の形態１で説明した部分放電の損傷量検出装置の要部構成と同じであるので、同一箇所には同一符号を付加して説明を省略する。
【００２２】
以下に。このような構成の部分放電の損傷量検出装置の動作を説明する。
ＡＥセンサ１は、検出対象である変圧器等の外面に取り付けられ、部分放電に起因するアコースティック・エミッション（ＡＥ）により発生した弾性波を検出する。ＡＥセンサ１が検出した弾性波信号は、プリアンプ２で増幅された後、バンドパスフィルタ３で２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数成分が弁別される。
バンドパスフィルタ３で弁別された周波数成分の弾性波信号は、エネルギー算出部７で所定時間積分され、アコースティック・エミッションによる弾性波のエネルギー値が算出される。算出された弾性波のエネルギー値（積分値）は、損傷量検出部５ａに与えられる。
【００２３】
損傷量検出部５ａは、与えられた弾性波のエネルギー値（積分値）によりテーブル９ａを参照して、テーブル９ａが示す弾性波のエネルギー値（積分値）と損傷部分の損傷体積との関係から、部分放電による損傷部分の損傷体積を検出する。
記録部８は、損傷量検出部５が検出した損傷体積を記録しておく。ユーザは、点検時に、それ迄に記録部８が記録している損傷体積を表示部８に表示させ、部分放電による損傷量を評価する際のデータとして使用出来る。
【００２４】
（実施の形態３）
図３は、本発明に係る部分放電の損傷量検出方法及び部分放電の損傷量検出装置の実施の形態３の要部構成を示すブロック図である。この部分放電の損傷量検出装置は、図４に示すように、検出対象である変圧器Ｔｒの６面に、圧電素子であるＡＥセンサ１ａ〜１ｆが、各１つ設けられている。ＡＥセンサは、（１ａ−１ｂ）（１ｃ−１ｄ）（１ｅ−１ｆ）の対で使用され、各対は対向する面に各１つ設けられている。
【００２５】
ＡＥセンサ１ａ〜１ｆが検出した部分放電に起因するアコースティック・エミッション（ＡＥ）による各弾性波信号は、それぞれプリアンプ２ａ〜２ｆで増幅され、増幅された各弾性波信号は、それぞれバンドパスフィルタ３ａ〜３ｆで所定の周波数帯域が弁別され、弁別された周波数帯域の各弾性波信号は、損傷位置算出部１０に与えられる。損傷位置算出部１０は、与えられた各弾性波信号に基づき、部分放電による損傷部分の空間位置を算出し、損傷量検出部５ｂに与えると共に記録部８に記録させる。記録部に記録された空間位置は、表示部６で表示することが出来る。損傷量検出部５ｂは、空間位置、弾性波の最大振幅及び損傷部分の損傷深さとの関係を示すテーブル９ｂを内蔵しており、このテーブル９ｂにより損傷部分の損傷深さを検出する。
【００２６】
一方、バンドパスフィルタ３ａで弁別された周波数帯域の弾性波信号は、最大振幅検出部４にも与えられ、最大振幅検出部４は、弁別された周波数帯域の弾性波信号の最大振幅を検出し、損傷量検出部５ｂに与える。その他の構成は、実施の形態１で説明した部分放電の損傷量検出装置の要部構成と同じであるので、同一箇所には同一符号を付加して説明を省略する。
【００２７】
以下に。このような構成の部分放電の損傷量検出装置の動作を説明する。
ＡＥセンサ１ａ〜１ｆは、部分放電に起因するアコースティック・エミッション（ＡＥ）により発生した弾性波を検出する。ＡＥセンサ１ａ〜１ｆが検出した各弾性波信号は、それぞれプリアンプ２ａ〜２ｆで増幅された後、それぞれバンドパスフィルタ３ａ〜３ｆで２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数成分が弁別される。
バンドパスフィルタ３ａで弁別された周波数成分の弾性波信号は、最大振幅検出部４でその最大振幅が検出され、検出された最大振幅は、損傷量検出部５ｂに与えられる。
【００２８】
一方、バンドパスフィルタ３ａ〜３ｆで弁別された周波数成分の弾性波信号は、それぞれ損傷位置算出部１０に与えられる。損傷位置算出部１０は、ＡＥセンサの各対（１ａ−１ｂ）（１ｃ−１ｄ）（１ｅ−１ｆ）における弾性波信号の立上りを検出した時刻の差、弾性波が媒質（変圧器であれば絶縁油）を伝播する速度、及びＡＥセンサの各位置から、ＡＥセンサ間の損傷部分の位置（ＡＥセンサ間を結ぶ直線上の、その直線に垂直であり損傷部分を含む平面の位置）を算出する。次いで、各対毎に各位置が算出された３平面の交点を、損傷部分の空間位置として算出し、この空間位置を損傷量検出部５ｂに与えると共に記録部８に記録させる。尚、各位置が算出される３平面が互いに直交するように、ＡＥセンサ１ａ〜１ｆを取り付けておくと、計算が簡単になり、また判り易い。
【００２９】
ユーザは、点検時に、それ迄に記録部８が記録している損傷深さ及び損傷部分の空間位置を表示部８に表示させ、部分放電による損傷量を評価する際の、また、メンテナンスの際のデータとして使用出来る。その他の動作は、実施の形態１で説明した部分放電の損傷量検出装置の動作と同じであるので、説明を省略する。
尚、実施の形態３では、弾性波信号の最大振幅から損傷部分の損傷深さを検出しているが、最大振幅検出部に代えて、エネルギー算出部を設けることにより、弾性波信号のエネルギー値（積分値）から損傷部分の損傷体積を検出する構成とすることも可能であることは言う迄もない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る部分放電の損傷量検出方法及び部分放電の損傷量検出装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る部分放電の損傷量検出方法及び部分放電の損傷量検出装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る部分放電の損傷量検出方法及び部分放電の損傷量検出装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図４】６つのＡＥセンサの変圧器への取り付け位置の例を示す説明図である。
【図５】部分放電の試験装置の例を模式的に示す説明図である。
【図６】部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波の検出信号の例を示す波形図である。
【図７】部分放電に起因するアコースティック・エミッションにより発生した弾性波の検出信号の周波数成分の例を示す特性図である。
【図８】放電電荷量とアコースティック・エミッションによる弾性波のエネルギーの大きさとの関係の例を示す特性図である。
【図９】アコースティック・エミッションによる弾性波の最大振幅及びエネルギーと損傷部分の損傷量との関係の例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１ａ〜１ｆ  ＡＥセンサ
２，２ａ〜２ｆ  プリアンプ
３，３ａ〜３ｆ  バンドパスフィルタ
４  最大振幅検出部
５，５ａ，５ｂ  損傷量検出部
６  表示部
７  エネルギー算出部
８  記録部
９，９ａ，９ｂ  テーブル
２０  高電圧発生器
２１  電流計
２２  試験片
２３  プローブ
２４  センサ
２５  表示記録装置
【図１】
2005326379.tif 000003
【図２】
2005326379.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005326379.tif 000009
【図８】
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【図９】
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